CN110141927A - 一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法，该系统包括冲渣口、机力通风冷却塔、二级换热器、消白综合装置、一级换热器、冲渣水池和风机；消白综合装置自上而下分为排风扇、混合区、除雾器、喷淋层、填料层和集水池。本发明提供的高炉冲渣水余热利用与冲渣蒸汽消白方法，可以使高炉冲渣蒸汽得到深度净化，降低硫化氢、二氧化硫等污染物的排放量；降低蒸汽温度至50℃，析出大量冷凝水加以回用，减少系统水耗量；同时回收55％的冲渣水低温余热，利用热空气混合冷凝后冲渣蒸汽，形成不饱和烟气，实现了经济可行的水淬法高炉水冲渣处理工艺消白烟循环系统，解决了环保问题。

Description

一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法

【技术领域】

本发明涉及烟气净化的技术领域，特别是一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法。

【背景技术】

近年来，已有20余省市和地区出台有色烟羽治理要求，目前有色烟羽治理技术路线主要有冷凝、加热、冷凝再热三种，换热设备材料可选用氟塑料、钛管、2205等，冷凝方式可选水喷淋、相变凝聚器、浆液冷凝等。在冶金行业，炼铁高炉产生的高温炉渣，基本采用水淬方式进行冷却，冲渣水接触高温渣时会产生大量的水蒸汽。在此过程中，约40％的高温渣热量以冲渣蒸汽的形式被带走，温度约80℃。不仅造成严重的热量浪费，还产生大量白烟，造成热污染和视觉污染，影响企业形象。同时，高炉冲渣蒸汽中含有大量H₂S、SO₂、渣棉等排放物，对高炉主体设备及附属设备造成严重的腐蚀和锈蚀。虽然近年来冶金行业污染物排放要求越来越严格，但通过现有设备消除白烟是很难做到的。

目前，绝大多数高炉冲渣口未设消白设备。受前端处理设备及运行工艺的影响，一些常见的脱白工艺设备无法适用于冲渣口有色烟羽治理，因此急需一种新的消白系统，以满足高炉冲渣口的治理需求，特别是在水资源匮乏的地区，解决水源不足、供水困难等问题，实现节约用水。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法，可以使高炉冲渣蒸汽得到深度净化，并能够回收冲渣水低温余热。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，包括冲渣口、消白综合装置、一级换热器、冲渣水池和风机；所述消白综合装置包括排风扇、混合区、除雾器、喷淋层、填料层和集水池；所述冲渣口的冲渣蒸汽出口与消白综合装置的冲渣蒸汽入口连接，冲渣蒸汽自下而上依次通过消白综合装置的填料层、喷淋层、除雾器、混合区后经排风扇排放；所述冲渣水池的循环冲渣水出口与一级换热器连接，所述一级换热器的循环冲渣水出口与喷淋层连接，循环冲渣水和冷凝水通过填料层后汇集于集水池，所述集水池的循环冲渣水和冷凝水出口与冲渣口连接，所述冲渣口的渣水混合物出口与冲渣水池连接；所述风机的出口与一级换热器的空气入口连接，所述一级换热器的空气出口与混合区连接。

作为优选，还包括机力通风冷却塔、二级换热器，所述二级换热器布置于一级换热器与消白综合装置之间，所述一级换热器的循环冲渣水出口与所述二级换热器连接，所述二级换热器的循环冲渣水出口与喷淋层连接，所述二级换热器的循环冷却水与所述机力通风冷却塔连接。

作为优选，所述一级换热器和二级换热器均为翅片管式换热器，宜采用逆流布置，也可顺流布置，实现换热效率最大化；所述一级换热器的冷介质为空气，不存在堵灰、结垢等问题，无需设冲洗管路；所述二级换热器的冷介质循环冷却水，通过加药调节水质，避免结垢。

作为优选，所述消白综合装置为水喷淋式冷凝再热消白系统，包括自上而下布置的排风扇、混合区、除雾器、喷淋层、填料层和集水池，所述排风扇用于将混合区内的热不饱和烟气排入大气，所述混合区用于将从喷淋层排出的冷凝后的冲渣蒸汽与一级换热器排出的热空气的均匀混合，形成热不饱和烟气。

作为优选，所述填料层为陶瓷材质，逆流通过的冲渣蒸汽与喷淋水在所述填料层内接触换热。

作为优选，所述喷淋层的层数为2层以上，层间距为3～3.5m，喷嘴交错布置，实现喷淋覆盖率最优化。

作为优选，所述除雾器为2层以上，屋脊式除雾器，层间距为1.5m以上，也可以是板式或者管束式。

作为优选，还包括循环冷却水供水泵、循环冲渣水供水泵和循环冲渣水供水泵：

其中，所述循环冷却水供水泵的入口与机力通风冷却塔的出水口连接，出口与二级换热器的冷却水入口连接；

其中，所述循环冲渣水供水泵的入口与所述集水池连接，出口与冲渣口的循环冲渣水入口连接；

其中，所述循环冲渣水供水泵的入口与冲渣水池连接，出口与一级换热器的循环冲渣水入口连接。

作为优选，还包括过滤器，所述过滤器的入口与冲渣水池连接，出口与所述循环冲渣水供水泵连接。

一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白的方法，具体包括以下步骤：

S1.从冲渣水池中出来的循环冲渣水经过一级换热器和二级换热器两级冷却后，输送至喷淋层，为消白综合装置提供冷源；

S2.从风机引入的空气经过一级换热器加热后，输送至混合区，为消白综合装置提供热源；

S3.从机力通风冷却塔引入的循环冷却水经过二级换热器加热后，输送回机力通风冷却塔，循环使用；

S4.从冲渣口出来的冲渣蒸汽通过位于集水池上部的冲渣蒸汽入口，自下而上通过填料层和喷淋层，与喷淋水逆流接触换热，使冲渣蒸汽温度大幅降低，析出大量冷凝水，并通过除雾器除去雾滴；

S5.从除雾器出来的冲渣蒸汽，自下而上继续通过混合区，冷凝后的冲渣蒸汽与来自一级换热器的热空气经混合升温后形成不饱和烟气，并通过排风扇排入大气，实现消白；

S6.从消白综合装置产生的循环冲渣水和冷凝水，汇集于底部的集水池；

S7.从集水池出来的循环冲渣水和冷凝水，输送至冲渣口，用于水淬冲渣；

S8.从冲渣口出来的渣水混合物通过渣水输送管道，输送回所述冲渣水池，实现冲渣水循环利用。

本发明的有益效果：本发明提供的高炉冲渣蒸汽消白系统及方法，采用喷淋冷凝+混风再热技术，将冲渣口出来的高温冲渣蒸汽进行喷淋处理，蒸汽温度降低至50℃，析出大量冷凝水，并深度净化高炉冲渣蒸汽，降低硫化氢、二氧化硫等污染物的排放量；由集水池收集喷淋水和冷凝水，循环利用显著减少系统水耗量；回收55％的冲渣水低温余热，利用加热后的热空气混合冷凝后冲渣蒸汽，形成不饱和烟气。系统的设计和优化，既可以在烟气冷凝过程中回收大量水分，同时在烟气再热过程中充分利用了冲渣水低温余热，实现经济可行的水淬法水冲渣处理工艺消除白色烟羽循环系统，解决环保问题。

本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是实施例1中基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统的结构示意图；

图2是实施例2中基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统的结构示意图；

图中：1-冲渣口，2-机力通风冷却塔，3-二级换热器，4-消白综合装置，4.1-排风扇，4.2-混合区，4.3-除雾器，4.4-喷淋层，4.5-填料层，4.6-集水池，5-一级换热器，6-冲渣水池，7-风机，8.1-循环冷却水供水泵，8.2-循环冲渣水供水泵，8.3-循环冲渣水供水泵。

【具体实施方式】

实施例1

如图1所示一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，包括依次连接的冲渣口1、机力通风冷却塔2、二级换热器3、消白综合装置4、一级换热器5、冲渣水池6和风机7；

其中，消白综合装置4包括排风扇4.1、混合区4.2、除雾器4.3、喷淋层4.4、填料层4.5和集水池4.6；

其中，冲渣口1的冲渣蒸汽出口与消白综合装置4的冲渣蒸汽入口连接，冲渣蒸汽自下而上依次通过消白综合装置4的填料层4.5、喷淋层4.4、除雾器4.3、混合区4.2后经排风扇4.1排放；

其中，冲渣水池6的循环冲渣水出口与一级换热器5连接，一级换热器5的循环冲渣水出口与二级换热器3连接，二级换热器3的循环冲渣水出口与喷淋层4.4连接，循环冲渣水和冷凝水通过填料层4.5后汇集于集水池4.6，集水池4.6的循环冲渣水和冷凝水出口与冲渣口1连接，冲渣口1的渣水混合物出口与冲渣水池6连接；

其中，风机7的出口与一级换热器5的空气入口连接，一级换热器5的空气出口与混合区4.2连接；

其中，二级换热器3的循环冷却水与机力通风冷却塔2连接；

其中，还包括机力通风冷却塔2的出水口与二级换热器3的冷却水入口之间的循环冷却水供水泵8.1、集水池4.6的出水口和冲渣口1的循环冲渣水入口之间的循环冲渣水供水泵8.2、冲渣水池6的出水口与一级换热器5的循环冲渣水入口之间的循环冲渣水供水泵8.3；

其中，还包括冲渣水池6的出水口与循环冲渣水供水泵8.3之间的过滤器；

其中，一级换热器5和二级换热器3均为翅片管式换热器，采用逆流布置；

其中，填料层4.5为陶瓷材质；

其中，喷淋层4.4为2层喷淋，层间距为3.5m，喷嘴交错布置；

其中，除雾器4.3为2层屋脊式除雾器，层间距为2m；

其中，混合区4.2为空塔布置，内仅置热空气管口。

一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白方法，包括以下步骤：

S1.从冲渣水池6中出来的循环冲渣水80～90℃，经过一级换热器5冷却至45～50℃，再经过二级换热器3冷却至30～40℃，两级冷却后，输送至所述喷淋层4.4，为所述消白综合装置4提供冷源；

S2.从风机7引入的常温空气，经过一级换热器5加热至70～80℃，输送至混合区4.2，为所述消白综合装置4提供热源；

S3.从机力通风冷却塔2引入的循环冷却水，水温30～32℃，经过所述二级换热器3加热至40～42℃，输送回机力通风冷却塔2，循环使用；

S4.从冲渣口1出来的冲渣蒸汽约100℃，通过位于集水池4.6上部的冲渣蒸汽入口，进入消白综合装置4，自下而上通过填料层4.5和喷淋层4.4，与喷淋水逆流接触换热，使冲渣蒸汽温度大幅降低至40～50℃，析出大量冷凝水，并通过所述除雾器4.3，除去雾滴；

S5.从除雾器4.3出来的冲渣蒸汽，自下而上继续通过混合区4.2，冷凝后的冲渣蒸汽与来自一级换热器5的热空气经混合升温至60～65℃，形成不饱和烟气，并通过排风扇4.1排入大气，实现消白；

S6.从消白综合装置4产生的循环冲渣水和冷凝水，汇集于底部的集水池4.6，温度40～45℃；

S7.从集水池4.6出来的循环冲渣水和冷凝水，温度40～45℃，输送至冲渣口1，用于水淬冲渣；

S8.从冲渣口1出来的渣水混合物约100℃，通过渣水输送管道，输送回冲渣水池6，实现冲渣水循环利用。

实施例2

参看图2，在实施例1中，从冲渣水池6中出来的循环冲渣水先后经过一级换热器5和二级换热器3冷却至30～40℃后，再作为消白综合装置4的冷源。在实施例2中，取消了二级换热器3和所述机力通风冷却塔2，从所述冲渣水池6中出来的循环冲渣水经过一级换热器5冷却至45～50℃后，直接作为所述消白综合装置4的冷源。此时，冲渣水冲渣水低温余热回收率由实施例1中的55％降低至40％，但蒸汽消白效果相当。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：包括冲渣口(1)、消白综合装置(4)、一级换热器(5)、冲渣水池(6)和风机(7)；

所述消白综合装置(4)包括排风扇(4.1)、混合区(4.2)、除雾器(4.3)、喷淋层(4.4)、填料层(4.5)和集水池(4.6)；

所述冲渣口(1)的冲渣蒸汽出口与消白综合装置(4)的冲渣蒸汽入口连接，冲渣蒸汽自下而上依次通过消白综合装置(4)的填料层(4.5)、喷淋层(4.4)、除雾器(4.3)、混合区(4.2)后经排风扇(4.1)排放；

所述冲渣水池(6)的循环冲渣水出口与一级换热器(5)连接，所述一级换热器(5)的循环冲渣水出口与喷淋层(4.4)连接，循环冲渣水和冷凝水通过填料层(4.5)后汇集于集水池(4.6)，所述集水池(4.6)的循环冲渣水和冷凝水出口与冲渣口(1)连接，所述冲渣口(1)的渣水混合物出口与冲渣水池(6)连接；

所述风机(7)的出口与一级换热器(5)的空气入口连接，所述一级换热器(5)的空气出口与混合区(4.2)连接。

2.如权利要求1所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：还包括机力通风冷却塔(2)、二级换热器(3)，所述二级换热器(3)布置于一级换热器(5)与消白综合装置(4)之间，所述一级换热器(5)的循环冲渣水出口与所述二级换热器(3)连接，所述二级换热器(3)的循环冲渣水出口与喷淋层(4.4)连接，所述二级换热器(3)的循环冷却水与所述机力通风冷却塔(2)连接。

3.如权利要求2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：所述一级换热器(5)和二级换热器(3)均为翅片管式换热器。

4.如权利要求1或2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：所述消白综合装置(4)为水喷淋式冷凝再热消白系统，包括自上而下布置的排风扇(4.1)、混合区(4.2)、除雾器(4.3)、喷淋层(4.4)、填料层(4.5)和集水池(4.6)，所述排风扇(4.1)用于将混合区(4.2)内的热不饱和烟气排入大气，所述混合区(4.2)用于将从喷淋层(4.4)排出的冷凝后的冲渣蒸汽与一级换热器(5)排出的热空气的均匀混合，形成热不饱和烟气。

5.如权利要求1或2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：所述填料层(4.5)为陶瓷材质，逆流通过的冲渣蒸汽与喷淋水在所述填料层(4.5)内接触换热。

6.如权利要求1或2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：所述喷淋层(4.4)的层数为2层以上，层间距为3～3.5m。

7.如权利要求1或2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：所述除雾器(4.3)为2层以上，屋脊式除雾器，层间距为1.5m以上。

8.如权利要求2所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：还包括循环冷却水供水泵(8.1)、循环冲渣水供水泵(8.2)和循环冲渣水供水泵(8.3)：

其中，所述循环冷却水供水泵(8.1)的入口与机力通风冷却塔(2)的出水口连接，出口与二级换热器(3)的冷却水入口连接；

其中，所述循环冲渣水供水泵(8.2)的入口与所述集水池(4.6)连接，出口与冲渣口(1)的循环冲渣水入口连接；

其中，所述循环冲渣水供水泵(8.3)的入口与冲渣水池(6)连接，出口与一级换热器(5)的循环冲渣水入口连接。

9.如权利要求8所述的一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白系统，其特征在于：还包括过滤器，所述过滤器的入口与冲渣水池(6)连接，出口与所述循环冲渣水供水泵(8.3)连接。

10.一种基于余热利用的高炉冲渣蒸汽消白的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.从冲渣水池(6)中出来的循环冲渣水经过一级换热器(5)和二级换热器(3)两级冷却后，输送至喷淋层(4.4)，为消白综合装置(4)提供冷源；

S2.从风机(7)引入的空气经过一级换热器(5)加热后，输送至混合区(4.2)，为消白综合装置(4)提供热源；

S3.从机力通风冷却塔(2)引入的循环冷却水经过二级换热器(3)加热后，输送回机力通风冷却塔(2)，循环使用；

S4.从冲渣口(1)出来的冲渣蒸汽通过位于集水池(4.6)上部的冲渣蒸汽入口，自下而上通过填料层(4.5)和喷淋层(4.4)，与喷淋水逆流接触换热，使冲渣蒸汽温度大幅降低，析出大量冷凝水，并通过除雾器(4.3)除去雾滴；

S5.从除雾器(4.3)出来的冲渣蒸汽，自下而上继续通过混合区(4.2)，冷凝后的冲渣蒸汽与来自一级换热器(5)的热空气经混合升温后形成不饱和烟气，并通过排风扇(4.1)排入大气，实现消白；

S6.从消白综合装置(4)产生的循环冲渣水和冷凝水，汇集于底部的集水池(4.6)；

S7.从集水池(4.6)出来的循环冲渣水和冷凝水，输送至冲渣口(1)，用于水淬冲渣；

S8.从冲渣口(1)出来的渣水混合物通过渣水输送管道，输送回所述冲渣水池(6)，实现冲渣水循环利用。